Как правильно выбрать мотор-редуктор постоянного тока для приложений с батарейным питанием

Транспортное средство с автоматическим управлением, которое должно завершить восьмичасовую смену на аккумуляторе с напряжением 48 В, представляет собой другую инженерную задачу, чем портативный медицинский насос, который работает несколько минут в день. Выбор подходящего мотор-редуктора постоянного тока для приложений с батарейным питанием определяет время работы, запас прочности и срок службы, прежде чем любая программная настройка может помочь. Редукторный двигатель постоянного тока сочетает в себе двигатель постоянного тока с постоянными магнитами и встроенный редуктор, который увеличивает выходной крутящий момент и снижает выходную скорость с фиксированным передаточным числом; в аккумуляторном оборудовании одна и та же конструкция доступна в щеточном и бесщеточном вариантах с обмотками 12 В, 24 В и 48 В.

Как правильно выбрать крутящий момент и скорость мотор-редуктора постоянного тока

Выходной крутящий момент и скорость определяют двигатель, а не каталожную мощность. Измерьте нагрузку, которую фактически перемещает привод: рабочий крутящий момент на колесе или шпинделе, пусковой момент при запуске и максимальную скорость, необходимую машине. Передаточное число коробки передач затем связывает эти значения с валом двигателя. Когда нагрузка требует 12 Нм при 200 об/мин и ступень понижения 10:1, двигатель должен выдерживать 1,2 Нм при 2000 об/мин, что составляет примерно 250 Вт механической мощности до потери контроллера.

Добавьте 15-20 процентов запаса к этой первой оценке сопротивления обмотки, проседания батареи и трения коробки передач. Практическое правило: P = T x n / 9,55, где P — механическая мощность в ваттах, T — крутящий момент в Нм, а n — скорость в об/мин. Рабочий пример с различными вариантами нагрузки см. в нашем пошаговом руководстве по расчету крутящего момента для мотор-редукторов.

Согласуйте обмотку мотор-редуктора постоянного тока с напряжением батареи.

Напряжение аккумуляторной батареи определяет, какие семейства двигателей будут иметь право на участие, прежде чем начнется какое-либо сравнение производительности. Двигатель, рассчитанный на напряжение 48 В, работающий от блока питания на 24 В, обеспечивает примерно четверть номинальной мощности, поскольку мощность масштабируется пропорционально квадрату коэффициента трансформации напряжений. Сначала установите напряжение аккумуляторной батареи: 12 В для легких портативных инструментов, 24 В для компактных приводов AGV и подъемных колонн, 48 В для логистических платформ большей мощности, где экономия электроэнергии имеет решающее значение.

После того, как напряжение батареи зафиксировано, проверьте обмотку на соответствие полной кривой разряда. Литиевая батарея на 24 В может находиться под напряжением ниже 21 В при уровне заряда 20% под нагрузкой, и обмотка все равно должна создавать полезный крутящий момент при этом напряжении. Наше семейство низковольтных бесщеточных мотор-редукторов рассчитано именно на этот рабочий диапазон.

Бесщеточный мотор-редуктор постоянного тока 24 В для использования с низковольтными батареями Этот бесщеточный мотор-редуктор на 24 В настроен для поддержания крутящего момента на протяжении всей кривой разряда литиевого аккумулятора, что подходит для систем с батарейным питанием. Номинальная мощность 25–400 Вт при 3000 об/мин и крутящий момент 0,08 Н·м обеспечивает эффективность 85–92 %, увеличивая время работы по сравнению с щеточными альтернативами. Посмотреть продукт →

Бесщеточный мотор-редуктор 48 В с более высоким диапазоном крутящего момента Для аккумуляторных блоков более высокого напряжения этот бесщеточный мотор-редуктор на 48 В обеспечивает крутящий момент 0,2–1,27 Н·м при мощности 25–400 Вт, сохраняя эффективность во всем рабочем диапазоне. Его бесщеточная конструкция снижает необходимость технического обслуживания и снижает уровень шума, что идеально подходит для систем автоматизации и трансмиссий электромобилей. Посмотреть продукт →

Коллекторные и бесщеточные мотор-редукторы постоянного тока: где решается время работы от батареи

Бесщеточные мотор-редукторы постоянного тока возвращают больше энергии от той же батареи, поскольку их эффективность сохраняется во всем рабочем диапазоне. Коллекторный мотор-редуктор постоянного тока обычно достигает пика от 70% до 80%, а бесщеточный — 85-92% при том же размере корпуса. В аккумуляторе на 100 Втч двигатель с КПД 90 % передает в нагрузку около 90 Втч; Коллекторный двигатель с КПД 72 % обеспечивает мощность 72 Втч, что составляет 18–20 % времени работы без учета потерь в передаче.

Выбирайте коробку передач по типу нагрузки и ударным условиям.

Ступень понижения преобразует быстрый двигатель с низким крутящим моментом в крутящий момент, необходимый для применения, но тип коробки передач решает, какая часть этого крутящего момента сохранится и как долго продлится эта ступень. Планетарные редукторы распределяют нагрузку между несколькими планетарными шестернями, что увеличивает плотность крутящего момента, уменьшает люфт и улучшает радиальную грузоподъемность по сравнению с параллельными прямозубыми ступенями того же диаметра. Прямоугольные планетарные агрегаты экономят место в рулевых и подъемных узлах, но добавляют коническую или червячную ступень, что приводит к снижению эффективности.

Роботы с батарейным питанием и AGV совершают тысячи циклов старт-стоп и реверс за смену, поэтому ударная мощность имеет большее значение, чем максимальный крутящий момент, указанный в технических характеристиках. Планетарный редуктор с люфтом менее 0,8 градуса также обеспечивает повторяемость позиционирования, когда двигатель работает в режиме управления скоростью или положением. Компактный бесщеточный планетарный мотор-редуктор диаметром 42 мм — практичная отправная точка для аккумуляторных роботов средней мощности.

Бесщеточный планетарный мотор-редуктор диаметром 42 мм с широкими передаточными числами Этот компактный бесщеточный планетарный двигатель диаметром 42 мм обеспечивает передаточное число от 3,7 до 307,54, обеспечивая точное управление скоростью и крутящим моментом для роботов и автоматических транспортных средств. Благодаря номинальному крутящему моменту 0,048 Н·м и низкому люфту он подходит для циклов старт-стоп и движения с позиционным управлением. Посмотреть продукт →

Проверьте рабочий цикл, повышение температуры и реальную окружающую среду.

Двигатель, рассчитанный на непрерывную работу S1 при температуре окружающей среды 40°C, будет снижать номинальные характеристики внутри герметичного батарейного отсека при температуре 55°C. Большинство приводов с батарейным питанием работают в кратковременном режиме S2 или в повторно-кратковременном режиме S3, и номинал определяет, как долго может сохраняться полный крутящий момент, прежде чем обмотка превысит предел класса изоляции. Подтвердите класс изоляции (обычно класс F при 155°C) и допустимое превышение температуры в таблице технических данных.

Когда напряжение аккумулятора 24 В падает до 21 В при уровне заряда 20 %, скорость и доступный крутящий момент падают примерно на 12 %. Укажите двигатель для нижнего конца кривой разряда, а не для напряжения покоя, и запишите ток запертого ротора, а также номинальный ток, поскольку указаны размеры разъема привода и предохранителя.

Контрольный список выбора мотор-редукторов постоянного тока с батарейным питанием

Используйте эту последовательность при сравнении цен или рассмотрении предложения поставщика. Он выявляет большинство ошибок определения размеров и совместимости еще до создания прототипа.

1. Преобразуйте крутящий момент рабочей нагрузки и максимальную скорость в значения на валу двигателя, используя передаточное число коробки передач, а затем добавьте запас на 15–20 %.
2. Зафиксируйте архитектуру батареи и убедитесь, что обмотка двигателя соответствует нижнему концу кривой разряда.
3. Выбирайте бесщеточный вариант, если время работы, шум или срок службы определяют характеристики; Выбирайте щеточный вариант, когда первостепенная стоимость и простой контроллер имеют большее значение.
4. Выбирайте коробку передач, способную выдерживать ударные и радиальные нагрузки, не задействуя при этом двигатель большего размера.
5. Проверьте рабочий цикл в соответствии с тепловым классом двигателя при фактической температуре окружающей среды корпуса.

Если после этих проверок какое-либо требование по-прежнему остается неясным, поделитесь профилем нагрузки и спецификациями батареи с нашей командой инженеров для проверки характеристик двигателя перед установкой инструментов или отбором проб.

Часто задаваемые вопросы о мотор-редукторах постоянного тока с батарейным питанием

Какая наиболее распространенная ошибка при выборе мотор-редуктора постоянного тока для аккумуляторного оборудования?

Выбор по пиковому крутящему моменту вместо продолжительной нагрузки. Кратковременный пик запуска можно справиться с помощью тепловой массы и немного большего редуктора, но непрерывная работа, близкая к моменту остановки, приведет к превышению температурных пределов, сокращению срока службы щеток и разрядке аккумулятора быстрее, чем предполагает оценка времени работы.

Как долго бесщеточный мотор-редуктор постоянного тока будет работать от той же батареи?

Время выполнения масштабируется практически напрямую со средней эффективностью. При 85–92 % бесщеточных аккумуляторов по сравнению с 70–80 % щеточных аккумуляторов можно ожидать увеличения времени работы на 12–20 % от того же аккумулятора, а также меньшего количества выделяемого тепла внутри герметичного аккумуляторного отсека.

Какой двигатель выбрать для привода AGV: 24 В или 48 В?

Используйте напряжение 24 В для компактных автоматических транспортных средств мощностью примерно до 250 Вт, где BMS и кабели остаются небольшими. Перейдите на напряжение 48 В выше примерно 250 Вт, чтобы вдвое уменьшить ток, уменьшить размер проводника и упростить управление батареями большей мощности.

Нужен ли мне планетарный редуктор для работы от аккумулятора?

Планетарные ступени являются более безопасным вариантом по умолчанию для систем старт-стоп, реверс и аккумуляторных батарей с ударной нагрузкой, поскольку они распределяют нагрузку между несколькими передачами. Если режим работы плавный и непрерывный, мотор-редуктор с параллельным валом и более низким передаточным числом может оказаться более экономичным.